DE3612144A1 - Method and device for determining gripping position - Google Patents
Method and device for determining gripping positionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestim mung der Greiferposition von Handhabungsautomaten und insbesondere zur Lageerkennung und Zentrierung von zu greifenden Teilen.The invention relates to a method and a device for determining tion of the gripper position of handling machines and in particular for position detection and centering of parts to be gripped.
Bei bekannten Verfahren zur Bestimmung der Greiferposition und ins besondere bei der Lageerkennung und Zentrierung von zu greifenden Teilen durch optische Systeme wird eine Kamera stationär außerhalb des Roboters so angeordnet, daß ihr Blickfeld den Arbeitsbereich über streicht. Wird ein Werkstück, beispielsweise über ein Förderband, ange liefert, so wird das von der Kamera aufgenommene Bild ausgewertet und die Position an die Robotersteuerung mitgeteilt und der Greifer positio niert. Das Kamerasystem übernimmt hier meistens nur die Teileidenti fizierung und grobe Lage- bez. Positionsbestimmung, da der Abstand zwischen Kamera und Werkstück sehr groß ist.In known methods for determining the gripper position and ins especially in the position detection and centering of those to be gripped Sharing through optical systems makes a camera stationary outside of the robot so that your field of vision is above the work area strokes. Is a workpiece, for example, on a conveyor belt delivers, the image taken by the camera is evaluated and the position is communicated to the robot controller and the gripper positio kidney. The camera system usually only takes over the part identities fication and rough location- Positioning because of the distance between the camera and the workpiece is very large.
Diese Lösung ist zum genauen Zentrieren von zu greifenden Werkstücken nur bedingt geeignet, da der Greifer und speziell die Greiferfinger das Werkstück vor der Kamera abschatten und so keine Messung erfolgen kann. Auch ist eine genaue Lagemessung durch den im Verhältnis zum Werkstück großen Kameraabstand nur schwer möglich, so daß diese Systeme einen zusätzlichen Sensor, beispielsweise einen Berührungs- oder Kraftsensor, benötigen. Ist der Greifer einmal über dem Werkstück, so fehlt der Robotersteuerung beim Zugreifen die genaue Lageinfor mation, da die Kamera das Werkstück nicht mehr einsehen kann.This solution is for the exact centering of workpieces to be gripped only suitable to a limited extent, since the gripper and especially the gripper fingers Shadow the workpiece in front of the camera so that no measurement is made can. An exact position measurement is also possible in relation to the Workpiece large camera distance is difficult, so this Systems an additional sensor, for example a touch or force sensor. Once the gripper is over the workpiece, the robot controller does not have the exact location information when accessing it tion because the camera can no longer see the workpiece.
Bei anderen Verfahren, bei denen die Kamera an den Roboterarm oder seitlich an den Greifer montiert wurde, tritt das gleiche Problem der Abschattung auch auf. Hier wird zuerst die seitlich am Greifer mon tierte Kamera über das Werkstück geführt und die Lage berechnet. Dann wird die so bestimmte Werkstückposition der Robotersteuerung mit geteilt und der Greifer über dem Werkstück positioniert. Dabei muß die Robotersteuerung sehr exakt sein, da eine Rückkopplung zwischen ge messener Werkstücklage und Greiferposition während der Greifphase, wegen der Blickfeldabschattung der Kamera, nicht möglich ist. In other processes where the camera is attached to the robot arm or was laterally mounted on the gripper, the same problem occurs Shading also on. First the mon tated camera over the workpiece and the position calculated. Then the workpiece position determined in this way with the robot controller divided and the gripper positioned over the workpiece. The Robot control can be very precise, since a feedback between ge measured workpiece position and gripper position during the gripping phase, because of the field of view of the camera, is not possible.
Soll außer der Positionsbestimmung des Werkstücks auch noch dessen Entfernung zum Greifer bestimmt werden, so muß außer dem Kamera system noch eine weitere Meßeinrichtung installiert werden. Diese bekannten Lage- und Positionsmeßsysteme, wie Laserentfernungsmes ser oder Ultraschallabstandssensoren, haben den gleichen Nachteil, da sie wegen ihrer Baugröße ebenso stationär bez. seitlich neben dem Greifer angebracht werden müssen.In addition to determining the position of the workpiece, it should also be Distance to the gripper must be determined in addition to the camera system still another measuring device can be installed. These known position and position measuring systems, such as laser distance measuring water or ultrasonic distance sensors have the same disadvantage because they because of their size also stationary bez. to the side of the Grippers must be attached.
Auch findet bei bekannten Verfahren die Signalaufbereitung und ins besondere die Auswertung der Daten des Aufnahmesystems nicht direkt an der Kamera statt, sondern außerhalb. Aufgrund der hohen Datenraten, wie sie bei der Bildauswertung anfallen, bereitet eine störsichere Da tenübertragung Probleme.The signal processing and ins takes place in known methods especially the evaluation of the data of the recording system is not direct instead of on the camera but outside. Because of the high data rates, an interference-free Da prepares how they occur during image evaluation transmission problems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, daß es erlaubt während des Greifvorgangs direkt die Werkstücklage und Position, bez. den Abstand zwischen Werkstück und Greifer zu messen um daraus die Steuerbefehle für den Roboter zu erzeugen.The invention has for its object to provide a method that it allows the workpiece position and directly during the gripping process Position, related measure the distance between workpiece and gripper to generate the control commands for the robot.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Aufnahmesystem, beispielsweise eine Halbleiterkamera, in der Handwurzel des Greifers so angebracht ist, daß dessen Blick winkel den Greifbereich überstreicht und anhand des aufgenommenen Bildes die Lage des zu greifenden Objekts bestimmt wird. Die Entfernung zwischen Werkstück und Greifer wird dadurch ermittelt, daß in der Handwurzel des Greifers ein Laser angebracht ist, dessen auf das Objekt projizierter Lichtpunkt durch das Aufnahmesystem detektiert und das entstehende Bild ausgewertet wird.This is achieved in the method according to the invention solved that the recording system, for example a semiconductor camera, in the wrist of the gripper so that its gaze angle sweeps over the gripping area and based on the recorded The position of the object to be gripped is determined. The distance between workpiece and gripper is determined in that The claw of the gripper is attached to a laser, which is placed on the object projected point of light detected by the recording system and that resulting image is evaluated.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch während der Greifphase gemessen werden kann, da der Greifer das Werkstück beim Greifen nicht mehr abschattet. Auch ist der Abstand zwischen Aufnah mesystem und Werkstück sehr klein, so daß die Lage und Position des Werkstücks sehr exakt gemessen werden kann. Dadurch, daß gleichzeitig ein Laserlichtpunkt aus der Handwurzel auf das Werkstück projiziert wird, kann nach bekannten Verfahren aus der Position des abgebildeten Laserlichtpunktes auf dem optischen Empfänger die Entfernung von der Handwurzel bis zum Werkstück berechnet werden. Dabei ist es von Vor teil, daß die Detektion des Laserlichtpunktes durch das gleiche optische System erfolgt, das auch zur Messung der Werkstücklage benutzt wird.The method has the advantage that even during the Gripping phase can be measured because the gripper holds the workpiece Reach no longer shadows. Also the distance between shots mesystem and workpiece very small, so that the location and position of the Workpiece can be measured very precisely. Because at the same time a laser light spot projected from the wrist onto the workpiece can, according to known methods from the position of the depicted Laser light spot on the optical receiver the distance from the Wrist up to the workpiece. It is from before part that the detection of the laser light spot by the same optical System that is also used to measure the workpiece position.
Durch Regelung des Lasers und der Beleuchtungseinrichtung, die eben falls in der Handwurzel integriert ist, kann der Auswerterechner die jeweils gewünschte Meßfunktion einstellen und optimieren. Auch wird durch die Beleuchtungseinrichtung die Werkstückoberfläche sehr viel stärker angestrahlt als die Werkstückauflage, so daß eine Kontrastver stärkung auftritt, die die nachfolgende Bildauswertung vereinfacht. Die Entfernungsbestimmung zum Werkstück hat den Vorteil, daß aus ihr und anhand der durch die Auswertung des aufgenommenen Bildes bestimmten relativen Objektmaße die absoluten Maße errechnet werden können.By regulating the laser and the lighting device, which just if integrated in the wrist, the evaluation computer can set and optimize the desired measuring function. Also will the workpiece surface very much due to the lighting device more illuminated than the workpiece support, so that a contrast ver strengthening occurs, which simplifies the subsequent image evaluation. The Distance determination to the workpiece has the advantage that it and based on those determined by evaluating the captured image relative object dimensions the absolute dimensions can be calculated.
Da die Sensorvorverarbeitung und der Auswerterechner im Greifer selbst angeordnet werden, können die hohen anfallenden Datenraten des Auf nahmesystems direkt im Greifer verarbeitet werden und brauchen so nicht nach außen transportiert zu werden. Damit ist eine schnelle Da tenübertragung, die meist sehr störanfällig ist, nicht mehr nötig, so daß die Kommunikation zwischen Auswerterechner und Robotersteuerung mit niedrigeren Datenraten und bekannten Protokollen zur sicheren Daten übertragung erfolgen kann. Hier schickt der Auswerterechner nur die Lage, die Position, die beschreibende Werkstückinformation oder den Positionierungsfehler zum Steuerrechner, und nicht mehr die rohen Bilddaten.Because the sensor preprocessing and the evaluation computer in the gripper itself can be arranged, the high data rates of the Auf pick-up systems are processed directly in the gripper and so need not to be transported outside. So there is a quick transmission, which is usually very susceptible to interference, no longer necessary, so that communication between the evaluation computer and the robot controller lower data rates and known protocols for secure data transmission can take place. Here the evaluation computer only sends the Location, the position, the descriptive workpiece information or the Positioning errors to the control computer, and no longer the raw ones Image data.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der ausgeführten Erfindung. Fig. 1 shows an embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ausgeführten Erfindung. Es wird ein Schnitt durch einen Robotergreifer (1) gezeigt, wobei der Übersicht wegen die mechanischen Komponenten auf das zum Verständ nis der Erfindung benötigte Maß reduziert wurden. Der hier abgebildete Greifer (1) verfügt über zwei parallelgeführte Finger (10) und (11). Schnitt A-B zeigt einen Querschnitt in der Höhe der Oberfläche des zu greifenden Objekts (5). Fig. 1 shows an embodiment of the embodied invention. A section through a robot gripper ( 1 ) is shown, the overview being reduced because of the mechanical components to the extent required for understanding the invention. The gripper ( 1 ) shown here has two parallel fingers ( 10 ) and ( 11 ). Section AB shows a cross section at the height of the surface of the object to be gripped ( 5 ).
Das im Greifer befindliche Aufnahmesystem (2) soll hier nur aus einem einfachen optischen Zeilenempfänger, beispielsweise einer CCD-Zeile, bestehen, dessen Längsachse parallel zur Fingerbewegungsrichtung und mittig in der Handwurzel angeordnet ist. Der Bildwinkel des Aufnahme systems (2) ist anhand zweier Linien eingezeichnet, wobei die licht empfindliche Fläche der Zeilenkamera im Schnitt A-B mittig auf der Strichpunktlinie zu liegen kommt. Die aus mehreren Lichtquellen be stehende Beleuchtungseinrichtung (3) ist um das Aufnahmesystem herum angeordnet und kann vom Auswerterechner (8) zur Bildoptimierung getrennt eingestellt werden. Diese Beleuchtungseinrichtung (3) besteht beispielsweise aus Infrarot-Leuchtdioden.The pick-up system ( 2 ) located in the gripper should here consist only of a simple optical line receiver, for example a CCD line, the longitudinal axis of which is arranged parallel to the direction of finger movement and centrally in the wrist. The angle of view of the recording system ( 2 ) is shown on the basis of two lines, the light-sensitive area of the line camera in the AB section coming to be centered on the chain line. The lighting device ( 3 ) consisting of several light sources is arranged around the recording system and can be set separately by the evaluation computer ( 8 ) for image optimization. This lighting device ( 3 ) consists, for example, of infrared light-emitting diodes.
Der Laser (14) ist mittig im Greifer (1) so angeordnet, daß sein Strahl von der Zeilenkamera detektiert werden kann. Je nach Objektentfernung verschiebt sich das Bild des auf das Objekt (5) projizierten Laserlicht punktes (6) auf dem Zeilenempfänger, so daß nach bekannten Verfahren der Laserentfernungsmessung anhand des Basisabstandes zwischen Aufnahmesystem und dem Laserneigungswinkel aus der Position des detektierten Lichtpunktes der Abstand zum Objekt errechnet werden kann.The laser ( 14 ) is arranged centrally in the gripper ( 1 ) so that its beam can be detected by the line scan camera. Depending on the object distance, the image of the projected onto the object (5) Laser light spot (6) on the line receiver moves, so that according to known methods of laser distance measurement using the base distance between the recording system and the laser angle of inclination from the position of the detected spot of light, the distance calculated for the object can be.
Diagramm (10) zeigt das vom Zeilenempfänger aufgenommene idealli sierte Bild, wobei die Y-Achse die Spannungen der auf der X-Achse angeordneten einzelnen Empfangszellen angibt. Die Kanten des betrach teten Objekts (5) fallen hier auf die Empfangszellen an der Stelle j und k und der abgebildete Laserlichtpunkt auf die Position 1. Diese Bildin formation wird über eine Aufbereitungseinrichtung (7), die hier aus einem Kantendetektor und einer Digitalisierungseinrichtung besteht, dem Auswerterechner (8) zugeführt, der anhand der Position der Objekt kanten die Lage des Objekts (5) zwischen den Greiferfingern (10) und (11) bestimmt. Hat der Auswerterechner (8) anhand des abgebildeten Laserlichtpunktes auch den Abstand zum Objekt (5) bestimmt, so kann er aus der Positionsdifferenz k-j der abgebildeten Objektkanten, der Em pfangszellenbreite und der Bild- und Gegenstandsweite einfach die Dicke des Objekts (5) im Bildbereich bestimmen. Die so gewonnenen Werk stück- und Lageinformationen werden dann über die Kommunikationsver bindung (9) an den Steuerrechner weitergeleitet.Diagram ( 10 ) shows the idealized image taken by the line receiver, the Y axis indicating the voltages of the individual receiving cells arranged on the X axis. The edges of the object under consideration ( 5 ) fall on the receiving cells at positions j and k and the laser light spot shown on position 1 . This image information is fed via a processing device ( 7 ), which here consists of an edge detector and a digitizing device, to the evaluation computer ( 8 ), which uses the position of the object edges to position the object ( 5 ) between the gripper fingers ( 10 ) and ( 11 ) determined. If the evaluation computer ( 8 ) has also determined the distance to the object ( 5 ) based on the imaged laser light point, it can simply determine the thickness of the object ( 5 ) in the image area from the position difference kj of the imaged object edges, the receiving cell width and the image and object width determine. The workpiece and position information obtained in this way are then forwarded to the control computer via the communication link ( 9 ).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |